铁路路基改良土工程性质试验及施工技术

铁路路基改良土工程性质试验及施工技术

徐向龙

中铁十二局集团第三工程有限公司山西太原030000

摘要：在铁路路基施工过程中，常会遇到软弱地基的出现，为了更好的使地基具备良好的稳定性和承重能力，需要对其进行改良，改变路基土的物力特性、化学特性以及力学特性等工程性质，这就需要对其进行一定的试验对改良土进行验证，进而选择合适的改良方式改善土体。下面就对铁路路基改良土工程性质试验以及施工技术进行简单的分析和探讨。

关键词：铁路路基；石灰改良土；工程性质试验；施工技术

铁路建设是一项长期的且跨越地区较多的工程，路基作为铁路工程中最不可或缺的基础工程，在施工过程中常会遇到软弱地质，不符合铁路建设的要求，为了节约成本、提高资源利用率，需要原土填料进行化学改良，使其具备铁路工程需要的强度、刚度以及稳定性。改良土主要分为：石灰改良土、水泥改良土、石灰粉煤灰改良土以及水泥粉煤灰改良土等，下面就以石灰改良土为例对改良土的工程性质试验以及施工技术进行简单的分析。

一、概述

石灰改良土在铁路路基改良中的应用较为广泛，其具备取材方便、价格低廉、无污染等特点，有大量的实验和施工经验都能表明，经过石灰固化后的土体工程性质会得到很大的改善。石灰改良土的原理如下：

石灰改良土是原土填料中掺入石灰并搅拌均匀，然后洒水至最佳含水量后进行压实处理，使石灰与原土填料发生反应，进而改变原土体的化学性质和物理性质。首先，原土中的颗粒一般都带有负电荷，这使得土颗粒具备一定的胶体性质，表面附着着一定量的低价阳离子如K+、Na+，而石灰作为一种强电解质，溶解后Ca2+离子就会与土壤中的低价阳离子进行离子交换，土颗粒表面的阳离子由“X+”变“X2+”（X代表K+、Na+等），离子交换减少了土颗粒表面吸附水膜的厚度，土颗粒间的距离也更为紧密，土体形成了一个相对稳定的结构。其次，掺入了石灰的土体还会在水的作用下会与土颗粒结合形成结晶体，把松散不紧密的土粒紧密胶合在一起，提高了土体的稳定性。再次，石灰与土体中的SiO2和Al2O3会发生火山灰作用，并在水分的作用下生成一种水稳性良好的化合物，火山灰在吸收水分后具有水硬性，能够在土团粒的外围形成隔水且稳定的保护膜，其具备较强的黏着力，可以有效的将土团粒胶结起来。最后，石灰遇水反应产生的Ca(OH)2与空气和水中的CO2发生化学反应，形成碳酸钙晶体，增加了土粒间的范德华力，使得土体颗粒胶粗粒化，提高石灰改良土的强度。

二、改良土工程性质试验

（一）击实试验及结果分析

选取路基土体小样，在其中分别按照0%、3%、5%、7%、9%的石灰掺入量，搅拌均匀后分别进行击实试验，其中掺入的石灰为生石灰，且CaO的含量不得低于98%。该试验的目的是为了获得最优含水量以及不同掺入量的改良土的最大干密度。

结果：随着石灰掺入量的增加，改良土的最大干密度从1.82g/cm3向1.74g/cm3递减，其中掺入量为3%的下降率最高，其他掺入量成阶梯递减。最优含水量则与最大干密度相反，是呈递增的方式增长，在参入量为3%、5%的最优含水量增幅是最快的，其后则较为平稳。由此可得出掺入量5%时，不管是最大干密度还是最优含水率，达到最优。

造成以上结果的原因是石灰中含有的Ca2+与土体颗粒中的低价阳离子发生了离子交换作用，减少了土颗粒表面的吸附膜厚度，土粒间的黏着力增强，土体结构的稳定性有了较好的改善。

（二）固结试验及结果分析

将击实试验中的几组试验土样分别制成环刀样，将压实度和含水率控制在95%和12%，养护7天后再进行试验。试验可在杠杆固结仪上进行，荷载加载为100-400kPa，分四次逐级进行，每次增加100kPa。

结果：经试验可得改良土的压缩系数随石灰掺入量的增大而先减小后增大，压缩模量是先增大后减小。这表明在土体中掺入一定量的石灰可以起到改善土体结构松散的物理特性，降低土的压缩性，使土体更加密实，但是掺入量不是越多越好，最关键还是量的把握。试验得最优掺入量为7%时，改良土的沉降变形达到最小值。

土体中掺入的石灰与土体中的水发生化学和物理反应，使得土体强度和结构稳定性得到了明显的改善。

（三）无侧限抗压试验

将0%、3%、5%、7%、9%石灰掺入量的土体制作成四组直径为5cm、高度为10cm、含水量12%、压实度为95%的圆柱样。每组分别按照养护天数为3、7、14、28天，标准养护箱进行养护。进行无侧限抗压试验时，按照每分钟轴向应变1%-3%的速度匀速转动手轮，然后记录测力计的读数，直至读数出现峰值后停止试验。本实验的目的在于检测石灰掺入量不同下，改良土的强度。

结果：在土体中掺入石灰，能明显的改善土体的强度，且在同一养护龄期内，无侧限抗压强度随石灰的掺入量的增加而先升后降。随着养护龄期的增长，无侧限抗压强度会逐渐提高，前期增长速度会较快，超过14天后就会逐渐缓慢，直至无明显变化。

这是由于掺入的石灰遇水发生的一系列的化学反应，生成的强度和水稳性均比较高的CaCO3，在与其他盐类的共同作用下，将土粒紧紧的胶合在一起，极大的提高了土体的结构稳定性和强度。养护阶段石灰与土体内的水分之间的反应需要一定的时间，这也就是为什么石灰改良土初期的强度较低，但强度增长却较快，到后期却逐渐缓慢的原因。

三、铁路路基改良土施工技术

（一）测量放样

用全站仪放出中桩，然后按照每10m一个断面标注出路肩、线路左中右的中心线的设计标高。

（二）消解石灰

石灰在拌合之前需要消解，验收合格的石灰需要在指定的拌合场内进行堆放和储存，储存位置需在下风处或者北风出，避免起尘。在石灰堆放的位置围土围堰，避免消解时水和灰粉流出，之后用水车给灰堆浇水，浇水量控制在灰堆重量的110%-120%，闷灰1-2天后，对消解后的石灰用筛子过一遍，将残留的灰块继续用水进行消解，如果还有未能消解的杂质，需要对其进行深埋处理。筛后的石灰需要储存在干燥防水的位置，并用塑料布盖好以供备用。

（二）石灰改良土施工

石灰改良土施工前，需要按照已经计算好的石灰掺入量与路基填料拌合均匀，拌合时采用人工与机械结合的方式，先在填料上平铺白灰层，然后用挖掘机、装载机等进行拌合，对于一些边角位置可以利用人工拌合，拌合完成后堆起改良土闷灰4-6天。用装载车将实惠改良土装载至施工现场，按照施工放样划出的方格倾卸石灰改良土，卸车前，需要用推土机或者平地机整平场地，然后根据控制点标高，将改良土填料进行粗平，粗平后，恢复中桩，重新布设控制点(考虑松铺系数、石灰与素土的标准干容重及最佳含水量，可以计算出实测控制点标高比理论控制标高高2～3cm比较适合)，在控制点顶洒上石灰、做出明显标记，用平地机进行精平；局部不平处由人工拉线用细料找平并保证平整度，然后用振动压路机静压一遍。

（三）碾压

1、对松铺厚度为25cm、30cm、35cm、40cm的碾压遍数为：先静压1遍，弱振2遍，强振2-4遍，再静压1遍，并对试验数据进行统计分析；

2、不同松铺厚度的压实系数、地基系数随碾压遍数变化的关系：松铺厚度为25cm时，压实系数较高；松铺厚度为40cm、强振4遍时的压实系数接近验收标准要求；松铺厚度为30cm时，压实系数的试验数据与松铺厚度35cm时的结果接近。松铺厚度为40cm时，地基系数较低；松铺厚度为35cm时，在强振3遍时地基系数适宜；松铺厚度为30cm时，地基系数的试验数据与松铺厚度35cm时的结果接近。

（四）含水率的控制。

在松铺厚度一定的条件下，含水率在8%-12%范围时，压实系数、地基系数的检测值均满足验收标准要求；含水率在9%左右时，压实系数、地基系数的检测值最优。在最佳含水量下平整、碾压好路基后，需要等待其至不粘轮后再压，以保证路基面成光面，否则将形成麻面起皮而无法消除。

（五）养护。

石灰改良土应一天内养护两次，并用土工布洒水覆盖，以保持灰土表面的湿润，养生过程中，为了避免湿度过大，需要对该路段进行封闭式养生。

参考文献

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[2]席丽萍.铁路路基改良土工程性质试验及施工技术[J].建材与装饰,2016(13).

[3]王伟.石灰改良土工程特性试验浅析[J].工程建设与设计,2012(06).